新工科背景下工程制图课程教学改革初探

李 辉，黄顺国，董定乾

（四川轻化工大学 机械工程学院，四川 自贡 643000）

1 问题的提出

“新工科”是指在新形势、新环境、新需求下，如何培养新型的工科学生，是对工科学科建设的优化再造和内容升级，以及对于未来工科学生培养目标、培养方式和培养内容的探索[1]。新工科的提出对机械类专业人才的培养计划也提出了新的要求，尤其是在《中国制造2025》纲领中，智能制造工程被列为五大工程之一，使得对机械类专业人才的培养的方式和内容进行深入的改革具有紧迫性。

工程制图是机械类核心课程之一，在于培养学生的空间想象能力、制图的基本知识，绘制和识读零件图、装配图等能力。我校“工程制图”教研室是成立较早的教学科室，已有四十余年历史。成立以来，承担全校理工类专业的各类工程制图教学工作，专业门类多。虽然取得了一定的教学成果，但是随着时间的推移，传统教学方法的弊端也逐渐凸显出来（如教学方法相对单一落后、课时少任务重、学生学习兴趣不高等），这种传统的教学方式很难支撑以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，为此，针对“新工科”背景下的人才培养需求，结合大数据、云计算、人工智能等新技术，立足“新工科”建设，以培养学生的创新思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，使学生能由被动学习转为“自主、探究及合作”的学习，提升学生的创新创业、跨学科交叉融合、团队协作能力和工程能力为目标，进行工程制图的教学改革是非常必要的[2-5]。笔者以四川轻化工大学机械学院的实际情况入手，将“课赛结合”、“项目驱动”、“微课”、“工程案例”等形式融入到教学中，对工程制图课程教学改革进行相应的探索。

2 新工科背景下《工程制图》课程改革实施

为了适应新工科人才培养的“产业需求导向，跨界交叉融合，支撑引领行业”的培养要求[5]，解决目前教学中存在的问题，教学改革从以下几个方面进行。

2.1 调整课程内容

目前《工程制图》课程主要包含：绘图基本知识、投影方法及基本理论、图样的表达、零件图、装配图的读图与绘制、CAD等内容。在以往的教学过程中，侧重于投影方法及基本理论，该部分所用课时较多，大概为总课时的三分之一。但教学的效果不理想，尤其是截交线和相贯线部分，由于大一学生刚接触，空间想象能力较弱，理解困难。随着计算机技术的发展，三维软件也逐渐的应用到设计和制造中来，大大的弱化了画法几何部分内容。笔者尝试将UG软件应用到该部分教学，对于截交线、相贯线的讲解起到事半功倍的效果，同时学生对UG软件也产生的浓厚的兴趣，教师可以借此引导学生了解和学习三维软件，学生的学习兴趣、积极性得到了很大的提高。同时将CAD内容融入到工程制图的理论教学中来，如讲解完绘图基本知识、点线面投影理论后，增加CAD平面绘图命令和编辑命令等教学内容，使二者相互渗透、有机结合。

2.2 教学方法的改变

我国古代教育思想学家孔子曾经说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”学生是学习的主体，教师只是对知识进行传授、引导，只有学生通过吸收才能转化成自己的东西。因此，教学过程中采取多样的教学方法，充分的激发学生的学习热情，让学生由被动学习向主动学习转变，从而主动投入时间和精力到学习中，才能达到良好的教学效果。

（1）课赛结合。课赛结合、以赛促学已经收到了较好的教学效果[6-8]。学生通过参加学科竞赛巩固了所学专业知识，提高学生学习的积极性和主动获取知识的能力，还可以培养学生运用所学知识分析、解决实际问题的能力，而参加校级及以上级别的比赛可以培养学生的创新能力和团队合作精神，也提供与其他学校学习了交流的机会，取长补短激励学生不断提高。此外，还可将历年竞赛题目和知识点融入到教学内容来，可以促进教学内容和教学形式的改革，而学生参与到教学过程中受到激励的措施可以激发学生潜在的学习兴趣，并挖掘其学习潜能[7]。如在讲解三视图时，可将第十一届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛机械类尺规绘图试卷中的智力投影与构型部分第(3）题，放到该部分。该题目正是利用三视图的原理来判断足球是否能进入球门。如此，竞赛的趣味性和实用性大大的激发了学生的学习热情。

（2）问题引导启发式教学。问题引导启发式教学方法是目前较为常用的教学方法，这种边提出问题，边启发引导，可有效的促进学生思考、参与到课堂中来的教学方法。例如在讲解直线的三面投影时，可以提出问题“利用点的三面投影，怎样确定直线的三面投影？”，引导学生思考、启发学生两点确定一条直线，进而确定两点的三面投影就确定了直线的三面投影。又如在讲解断面图时，给出问题“表达轴上键槽结构，可否用外形视图表达方法？剖视图能否表达，如果用剖视图表达会存在什么问题？”，进一步引出剖视图和断面图的区别以及断面图的知识点。采用问题导向的教学方法，既让学生主动参与到教学中来主动思考，还可以回顾以往知识点，使知识结构形成一个完整的体系。

（3）案例教学。案例教学法是一种以案例为基础的教学法，它不同于传统的讲述式教学，鼓励学生积极参与讨论，启发和帮助教学对象理解有关知识、原理，有利于提高学生分析和解决实践问题的能力[9]。工程制图正是培养学生绘图、读图的能力，初步具备利用图样来表达设计思想的目的。因此在课程中适用相应的案例教学，使学生参与到案例分析、总结中来，学生可独立思考，给出相应问题的解决方案。例如在讲解装配图时，选择我院阀门中心设计的实际工业产品换向阀作为案例。先将换向阀的装配图及要求发给学生，并将学生分组，结合所给问题先提前学习、组内讨论。课上每组选出一个代表答辩，介绍换向阀的工作原理、装配干线、表达方法等，最后引导学生对该部件进行概况总结。针对学生出现的主要问题做出强调，使学生加深对知识点的把握。对学生讨论中不够深入、不够准确的地方，做重点讲解。笔者在2015年参与了校级教改项目工程案例融入基础课（工程制图）教学支撑工程认证研究，并取得了较好的教学效果。

（4）利用“微课”助力学生线下学习。由于教学计划修订，目前《工程制图A》授课学时为90课时，学时大幅减少，但讲授的内容基本未变，教师为完成教学任务通常出现“满堂灌”，教学效果也不甚理想。微课作为互联网时代下的一种新型教育资源形式，以短小精悍主题突出、交互性好、趣味性高等特点在高校各学科课程教学改革中得到了广泛的应用[10]。工程制图的部分知识点大多可以相对独立出来（如点、线、面的三视图画法等），尤其是工程制图CAD部分的教学（如直线、圆、多边形命令的使用等），每个知识点可制作成5～10分钟的微课程，教学内容少、针对性强，学生可以利用课下或者碎片化时间进行学习。笔者从2015开始着手开始尝试将微课引入到教学中来，已完成相应微课程的制作，同时也作为校级教改项目顺利完成结题，教学效果得到了学生的肯定。同时还可利用在线精品课程、在线习题库、网络课程平台等数字资源为学生提供课下学习资源，学生可以根据自己的时间，合理安排学习计划。

（5）将二维、三维软件和3D打印融入到教学中。二维、三维软件如 CAD、SolidWorks、UG、Inventor等也已早已应用在机械、产品设计中来，也是机械类学生必须掌握的一门技术。对于CAD的教学已将其融入到理论教学当中去，而对于三维软件的学习，由于课时的限制主要在课下结合微课程来完成。在讲授基本体、截交线、相贯线和组合体知识点时，可用三维软件演示，以此为切入点引导学生进行三维软件的学习。近年来，3D打印作为一门新兴的技术得到了迅猛的发展，在国务院发布的《中国制造2025》纲要中，增材制造（包括3D打印）也是重点行业转型升级发展的重点。在学期期末，按照要求分组，每组利用三维软件设计、建模，利用3D打印机打印出零件、进行组装。所给题目要求自主设计，可以实现运动的小部件，部件所包含的零件数目大于等于4个。同时设计的结果也作为学生成绩的一部分。通过实施学生在大一时就开始学习三维软件，利用3D打印技术获得设计成果，可以让学生较早的对产品的设计、制造过程有一个初步的认识。对激发学生直观的形象思维，激发学生的学习兴趣有较大的促进作用。

2.3 改革评价方式，注重过程评价

教学评价是学生学习知识的重要环节。建立合理的评价体系，注重过程考核。以往考核方式将考核的重点集中在期末的试卷考核上（平时20%+期末考试80%），忽略了过程考核的重要性，通过加大过程考核，将学生的注意力转移到学习的过程中来。过程评价包括作业、CAD实验成绩（作品）、期末3D打印作品等占45%，期末考核占55%的方式。

3 课程改革实施效果分析

通过三年的教学实践，工程制图的教学质量有了较大的提升，学生学习积极性有了较大的提高，课程设计、毕业设计绘中的图纸质量也获得了专业课老师的肯定，学生就业后，在单位的绘图能力得到了用人单位的认可。近两年参加“成图”大赛，2人获得二等奖、3人获得三等奖。

4 结语

新技术、新业态、新产业对于人才的培养提出了更高的要求，作为传统工科专业需要融入更多新的理念、新的方法、新的模式。以学生为主体、教师为主导，激发学生学习兴趣和参与教学活动，结合“课赛结合”、“问题引导启发式”、“案例教学”等教学方法，将二维、三维软件、3D打印应用到教学当中，注重过程评价，把教学手段、教学内容和教学方法有机的结合，共同创建创新与实践的学习氛围，使学生及时实践、主动学习掌握工程制图知识。

目前我校过程装备与控制工程专业已获得国家新工科研究与实践项目立项，如何更好的为建设新工科服务，不断的探索改革的新思路、新方法提升人才培养质量，以适应新经济背景下对实践应用型人才培养的需求，文中只提到了理论框架，在实践过程中还需不断的尝试和探索。